控制工程基础 第4版

1 概论 1

1.1 控制理论在工程中的应用和发展 1

1.2 自动控制系统的基本概念 2

1.3 控制理论在机械制造工业中的应用 7

1.4 课程主要内容及学时安排 11

例题及习题 12

2 控制系统的动态数学模型 15

2.1 微分方程表示的基本环节数学模型 15

2.2 数学模型的线性化 19

2.3 拉氏变换及反变换 21

2.4 传递函数以及典型环节的传递函数 31

2.5 系统函数方块图及其简化 41

2.6 系统信号流图及梅逊公式 44

2.7 受控机械对象数学模型 48

2.8 绘制实际物理系统的函数方块图 51

2.9 控制系统数学模型的MATLAB实现 58

2.10 状态空间方程的基本概念 62

例题及习题 66

3 时域瞬态响应分析 76

3.1 时域响应以及典型输入信号 76

3.2 一阶系统的瞬态响应 78

3.3 二阶系统的瞬态响应 81

3.4 时域分析性能指标 87

3.5 高阶系统的瞬态响应 91

3.6 借助MATLAB进行系统时间响应分析 93

3.7 时域瞬态响应的实验方法 101

例题及习题 103

4 控制系统的频率特性 111

4.1 机电系统频率特性的概念及其基本实验方法 111

4.2 极坐标图 118

4.3 对数坐标图 123

4.4 由频率特性曲线求系统传递函数 131

4.5 由单位脉冲响应求系统的频率特性 134

4.6 对数幅相特性图 135

4.7 控制系统的闭环频响 136

4.8 机械系统动刚度的概念 143

4.9 借助MATLAB进行控制系统的频域响应分析 144

4.10 小结 148

例题及习题 148

5 控制系统的稳定性分析 155

5.1 系统稳定性的基本概念 155

5.2 系统稳定的充要条件 156

5.3 代数稳定性判据 157

5.4 乃奎斯特稳定性判据 163

5.5 应用乃奎斯特稳定性判据分析延时系统的稳定性 170

5.6 由伯德图判断系统的稳定性 174

5.7 控制系统的相对稳定性 177

5.8 借助MATLAB分析系统稳定性 181

例题及习题 183

6 控制系统的误差分析和计算 189

6.1 稳态误差的基本概念 189

6.2 输入引起的稳态误差 190

6.3 干扰引起的稳态误差 194

6.4 减小系统误差的途径 198

6.5 动态误差系数 201

例题及习题 203

7 控制系统的综合与校正 208

7.1 系统的性能指标 208

7.2 系统的校正概述 211

7.3 串联校正 212

7.4 反馈校正 221

7.5 用频率法对控制系统进行综合与校正 224

7.6 典型控制系统举例 235

7.7 确定PID参数的其他方法 246

7.8 MATLAB在系统综合校正中的应用 251

7.9 小结 254

例题及习题 254

8 根轨迹法 261

8.1 根轨迹与根轨迹方程 261

8.2 绘制根轨迹的基本法则 264

8.3 其他参数根轨迹图的绘制 270

8.4 根轨迹图绘制举例 271

8.5 系统闭环零点、极点的分布与性能指标 274

8.6 借助MATLAB进行系统根轨迹分析 281

例题及习题 283

9 控制系统的非线性问题 286

9.1 概述 286

9.2 描述函数法 289

9.3 相轨迹法 302

9.4 李雅普诺夫稳定性方法 319

9.5 借助MATLAB分析系统非线性 320

例题及习题 322

10 计算机控制系统 328

10.1 计算机控制系统概述 328

10.2 线性离散系统的数学模型 334

10.3 线性离散系统的性能分析 359

10.4 计算机控制系统的模拟化设计方法 367

10.5 MATLAB在计算机控制系统中的应用 372

例题及习题 377

11 基于LabVIEW的控制系统动态仿真演示软件 384

11.1 LabVIEW介绍 384

11.2 借助LabVIEW建立和分析控制系统 387

11.3 借助LabVIEW分析控制系统的时域特性 398

11.4 借助LabVIEW分析控制系统的频率特性 402

11.5 借助LabVIEW分析控制系统的稳定性 412

11.6 借助LabVIEW分析控制系统的稳态误差 413

11.7 LabVIEW在系统综合校正中的应用 415

11.8 借助LabVIEW进行系统根轨迹分析 417

附录A 拉普拉斯变换表 419

附录B 高阶最优模型最佳频比的证明 423

习题参考答案 426

参考文献 438